浅谈高层建筑框支剪力墙结构设计

浅谈高层建筑框支剪力墙结构设计

发表时间：2019-11-06T17:01:47.040Z 来源：《建筑学研究前沿》2019年16期作者：韩伟

[导读] 当前，随着我国社会经济的发展和人们生活水平的日益提高，人们对建筑设计工作也有了更高的要求。韩伟

睢宁县规划服务中心江苏睢宁 221200

摘要：当前，随着我国社会经济的发展和人们生活水平的日益提高，人们对建筑设计工作也有了更高的要求。建筑工程设计包含许多方面，建筑结构设计是其主角。而剪力墙结构设计作为建筑结构设计链中的重要一环，确保其建筑结构的设计质量是其必要条件。基于此，本文结合某高层框支剪力墙结构的设计为例，对梁式转换结构设计的特点和需要注意的问题进行重点分析和探讨，以期为相关工程设计结构提供一定的借鉴参考。

关键词：高层建筑；框支剪力墙；结构设计；梁式转换

剪力墙具有十分良好的抗震、抗风能力，在高层建筑中得到了广泛的应用。在设计高层建筑框支剪力墙结构过程中，不但要考虑建筑结构的需要，而且要完善结构设计的各种抗震措施。在进行结构的布置时，应严格按照规范要求，例如转换层上下结构的侧向刚度、结构在地震作用下的位移角和扭转效应等，这样能使结构布置局合理。本文主要结合某高层框支剪力墙结构的设计为例，对梁式转换结构设计的特点和需要注意的问题进行了阐述。

1 工程概况

选取某高层商住楼建筑工程项目为例，主要是由商业裙楼和高层塔楼构成，楼层分别是由 3 层 4.8m 层高地下室和地上 30 层构成，建筑高度为 103.2m。地下室主要用途为停车库和设备用房；地上 1 ～ 3层为商业用房，层高均为 4.5m；第 4 层为转换层，层高为 5.7m；

5 ～ 30 层为住宅，采用剪力墙结构体系，层高均为3.0m。本工程的设计是按照 PKPM-SATWE程序进行计算，地震基本加速值和设计特征周期分别为 0.05g 和 0.35s，属于稳定建筑场地。

2 结构方案及布置

按照有关单位的要求，该高层住宅楼每层都有面积和户型不相同的 10 户。为了使建筑有效面积更大，经过多方的论证后，将对该楼采取大开间剪力墙结构。为了更好地使空间建筑功能的要求得到满足，将决定对底部 3 层的商业用房采取框支剪力墙结构体系。从结构受力角度分析，框支剪力墙结构体系不利于抗震而且受力复杂，设计时应遵守转换次数和传力途径减少的原则。在设计本工程的时候需要解决以下两项重点问题：（1）确保沿着竖向，结构刚度能够变化均匀，上下贯通构件尽可能争取多。（2）为了使不落地剪力墙能够直接通过转换层托梁，需要对裙楼柱网进行合理布置。

3 梁式转换层的结构设计要点

3.1 抗震等级的确定

鉴于框支剪力墙结构体系，其上部为纯剪力墙结构体系，下部为框架—剪力墙结构体系，因此应当结合构件对应结构体系确定出相应的抗震等级。结合本工程上部结构存在不同结构体系，需要严格按照现行规范的不同章节，有针对性地确定其抗震等级，不能像单纯的框架结构或者剪力墙结构那样笼统进行确定。本工程是一种“框支剪力墙”，98.7m 高度、6 度设防，框支框架、剪力墙底部加强部分和非底部加强部分等级别为二级、二级和三级。本工程框支柱和剪力墙底部加强部位等级均为一级。

3.2 结构竖向布置

高层建筑的侧向刚度比较适合上面小，下面大，不宜出现刚度突变。对于带转换层结构体系来说，较易出现刚度突变情况。结合《高层建筑结构设计规程》关于转换层结构侧向刚度要求考虑，因为本项目为高位转换结构，转换层上下等效侧向刚度比差不多达到 1。在设计过程中，一般是遵循下部强化，上部弱化的原则，同时不要出现薄弱层。其方法如下：

（1）为了使底部的刚度达到最大，可以通过沟通协商，对于剪力墙尽可能多地做到落地。一般而言，除了在底部需要设置核心筒部分剪力墙之外，还需要让两侧有一片剪力墙落地和 L 型剪力墙落在北部基础上。

（2）底部剪力墙厚度需要增大，上部的厚度需要减小，对于转换层上下剪力墙的厚度分别控制为 200mm 和 400mm 厚。（3）为了避免底部剪力墙的刚度被削减太多，不要对其进行开洞。

（4）可以采取 C55 混凝土来增加底部柱、墙混凝土的强度等级。

3.3 结构平面布局

本项目转换层上部属于剪力墙结构体系，下部为框架剪力墙结构体系，同时由于建筑平面不对称性，因此质心和刚心会存在较大偏差。经多次分析试算，得出了最佳结构布置。通过分散均匀布置剪力墙，同时尽量先布置周边剪力墙，保证结构有较好的抗扭能力。计算结果表明，本结构的质量和刚度中心偏差在 1m 以内，以扭转为主和平动为主的第一自振周期比为 0.75，各层最大水平位移和层间位移比例不超过1.4，这些符合平面布置和控制扭转的规定。

4 结构计算和分析

使用 SATWE 软件的三维壳元有限元模型和 PMSAP 软件的墙元及杆元模型对其结构整体进行计算和复核，结构自振周期计算结构如表 1、表 2 所示。

从表 1 和表 2 中的 SATWE 和 PMSAP的计算结果可以看出，其结果都是在现行规范和工程经验合理值的范围内，表明了结构总体是合理布置的。此外，还采取了高精度平面有限元软件 FEQ 分析了复杂受力的部位的应力情况，并按照应力进行配筋设计校核，需注意以下几点事项。

（1）只能对主梁承托的框支橸进行分析。

（2）在截取计算橸的时候，为了更好地将整体分析的误差减低到最小，最好是截取全轴线。（3）层数的截取，一般是按照框支层以上 3 层为最。